柴油机活塞环结构对机油消耗影响研究

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1、18内燃机与配件2014年第l期柴油机活塞环结构对机油消耗影响研究EfectResearchonStructureofPistonRingonOilConsumptionofDieselEngine吴立来(南京飞燕活塞环股份有限公司)[摘要]以某柴油机活塞环组为研究对象，通过建立活塞环组的机油消耗计算模型，研究并总结了不同活塞环闭口间隙、环高、径向厚度对机油消耗的影响规律，最后经过机油耗试验对计算结果进行了验证。结果表明：在一环和油环闭口间隙一定的情况下，适当增大二环闭口间隙对降低机油耗有利；适当减小活塞环的环高和径向厚度都能减少机油消耗。本文可为类似活塞环设计和结构优化提

2、供一定的理论依据和实践指导。[关键词]柴油机活塞环结构机油耗0概述表1柴油机主要技术参数近年来随着排放法规要求的日益提高，减排成发动机型号l86FA柴油机为了发动机发展的一个必然趋势l1_，而在发动机的颗型式四冲程、风冷、顶置气门粒物排放中约有60％一80％是由机油消耗产生的回。启动方式手拉式因此通过控制机油消耗进而降低颗粒物排放成为现缸径×行程／mmxmm86x72阶段行业中主要方法之一rj1。随着先进的燃烧和排总排量／mL418放控制技术的相继运用[41，缸套活塞环这对摩擦副压缩比19：l面临的工作环境越来越苛刻【5_，而活塞环作为发动连杆长度／ram117．5机的核心

3、零件，在与缸套的不断摩擦中，其结构的优润滑方式压力润滑、飞溅润滑化及其与缸套、活塞之间的匹配嘲对发动机的机油缸套类型干式消耗有直接的影响。因此凭借商业软件分析活塞在发动机台架试验中进行机油消耗量的检测，环对机油耗的影响．再利用台架试验进行验证就成试验方法为称重法．柴油机经磨合性能稳定后．测试为目前优化活塞环的一种行之有效的方法阐．特别发动机在标定工况下运行12／hH~后机油消耗质量，是在产品的具体开发生产环节更是拥有广泛的应用。试验用燃油为0轻质柴油，机油牌号为CF一15W／30。本文针对低排放柴油机的需求．以目前我公司2活塞环组机油消耗模型的建立已开发生产的一款活塞环为研

4、究对象，利用Ricardo模型中机油消耗的途径在这款软件中分为3个Ringpak软件建立活塞环组的机油消耗计算模型．部分：因机油流动通过第一道环进入燃烧室：机油在分析并总结了不同活塞环结构对机油消耗的影响规气缸壁上的蒸发；机油被缸内气体夹带进入燃烧室。律，再结合用户使用后的反馈情况，为活塞环组的优模型的建立主要涉及两道气环和一道油环以及缸化设计提供了理论依据和实践经验。套、活塞销、连杆等部件，模型中研究的第一道活塞1研究样机及试验环为矩形桶面环，第二道环为扭曲锥面环，第三道环为螺旋撑簧油环。而在开发一组活塞环的过程中，主文中的试验研究是在某柴油机上进行。其主要要研究活塞环几

5、何参数，如闭口间隙、环高、环的径技术参数如表1所示。吴立来：柴油机活塞环结构对机油消耗影响研究l9向厚度对机油消耗的影响。原机活塞环的主要技术隙的增加机油耗呈增加的趋势。从活塞环工作时的参数如表2所示。受力分析，其主要受到自身的惯性力、缸套对其摩擦表2活塞环主要技术参数力和气体压力的作用，在活塞上行程时这三个力之中，惯性力驱使机油流入燃烧室使机油耗增加．摩擦项目参数力由于与环运动方向相反，因此可以延缓活塞环脱闭口间隙／mm0．10离环槽侧面，这样进入燃烧室的机油量就会减少，有第一道活塞环环高／mm2．o0利于减小机油耗。显然，惯性力和摩擦力与环的闭口径向厚度／mm3．50间

6、隙无关，因此分析焦点应该是环所受的气体压力。闭口间隙／ram0．15二环闭口间隙变大后，有更多的处于二环上侧面空第二道活塞环环高／mm2．00间的气体流向其下面的空间，导致二环与一环组成径向厚度／mm3．50的空间内气体压力下降，相反位于其下侧面的二环闭口间隙／mmO．15与三环组成的空间内气体压力变大。因此．一环和三油环环高／mm4．00环上下侧面所受的压力差就会增大。于是就延缓了径向厚度／ram2．7O一环和三环与环槽脱离的时间，环与环槽贴合的时间越长，进入燃烧室的机油量就越少，机油耗越小。3计算结果及分析3．2活塞环环高对机油消耗的影响3．1活塞环闭口间隙对机油消耗的

7、影响改变活塞环的环高就等于改变其质量．相应地活塞环的闭口间隙是机油流向缸内主要通道之其往复运动惯性力也发生变化，进而影响机油消耗，一，对于这一通道，一般我们认为与环背隙相似，只不同的环高变化计算方案和结果如表4所示。要保证在工作过程中环不被卡死，环闭口间隙越小表4不同环高机油耗对比越好，因为此时开口通道处的面积处于最小状态，其计算方案一环环高二环环高油环环高机油耗对润滑油的密封作用也处于最佳状态。基于这种感，mm，mm，n1mg／(kW·h)l2．002．oo4．oo0．598性的认识，文中通过同时增大或减小间隙的